[发明专利]一种基于替代模型的单粒子瞬态效应注入方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于替代模型的单粒子瞬态效应注入方法，属于电路故障注入和信号处理等领域。

背景技术

高能粒子入射半导体材料后将导致目标材料电离，并在入射轨迹上累积电荷，带电粒子产生的瞬态脉冲影响下一级电路的输出，导致系统功能紊乱，使器件电气性能产生瞬态变化，该现象称为单粒子瞬态效应(single event transient,SET)。随着电路工艺进入深亚微米时代，小尺寸及低电压使得电路节点对工作环境中的电磁干扰以及高能粒子的影响变得更为敏感，导致单粒子瞬态效应越来越严重，器件或电路软故障率增大。

无论在产品设计阶段对电路加固设计的研究，还是在产品使用阶段对系统故障诊断技术的研究，都离不开对单粒子瞬态效应及其引发的软故障的模拟，因此对单粒子瞬态效应模拟方法的研究业已成为热点。目前对SET效应的模拟都集中在器件的物理层级和电气层级，在器件的物理层模拟方面，传统SET效应注入方式主要有激光照射和重离子轰击，这两种方式都需要专用的测试设备，不仅增加了测试成本，而且会改变被测器件的物理特性，甚至可能对被测器件造成损伤。在电气层的模拟方法主要采用计算机开展损伤仿真模拟与现场可编程门阵列FPGA实现硬件加速的方法，前者主要对单个器件进行机理建模，计算过程复杂，且依赖于模拟软件的精度与速度，时间开销比较大；后者对单粒子瞬态的模拟大多集中在硬件的存储单元，具有一定的局限性。以上方法都是针对单个器件或者电路结构进行SET效应注入。

发明内容

针对以上情况，本发明设计一种基于替代模型的单粒子瞬态效应注入方法，无需专用的测试设备，也不改变被测器件/电路的物理特性，可根据实际需要，完成对单个器件和电路结构不同单粒子瞬态效应表现形式的注入，可为电路加固技术、系统实时故障诊断、隔离和容错技术的研究提供较为真实可靠的故障模拟环境。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于替代模型的单粒子瞬态效应注入方法，包括以下步骤：

步骤一：采用双指数模型在器件层对被测电路单粒子瞬态效应进行建模；根据对被测电路在物理层进行单粒子瞬态效应模拟的实际脉冲特性曲线，确定单粒子瞬态效应双指数模型中各个参数，获得被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性的模拟脉冲信号形式双指数模型；作出双指数模型的模拟脉冲信号特性曲线；

步骤二：针对步骤一所述模拟脉冲信号形式双指数模型，求取其近似脉冲宽度所对应的起止时刻；作出其特性曲线的近似包络线；分别建立被近似包络线所包围的截尾特性曲线与近似包络线的数学模型；分别建立被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性的模拟与梯形脉冲信号形式替代模型；

步骤三：针对步骤二所述梯形脉冲信号形式替代模型，设置其脉冲注入的触发控制机制；求解其脉冲注入触发时刻和注入结束时刻值；将其进行离散化、矩形化处理，建立被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性的数字脉冲信号形式替代模型；

步骤四：根据测试需求，设置注入模式：模拟脉冲信号模式、梯形脉冲信号模式和数字脉冲信号模式，设置相应模式下的相关参数，构建相应模式下的替代模型，生成相应模式下的注入波形，进行相应模式的单粒子瞬态脉冲注入；

优选地，所述步骤一包括以下子步骤：

步骤1：采用双指数模型在器件层级对被测电路单粒子瞬态效应进行建模，公式为：

公式1

式中：a(t)为单粒子瞬态效应幅值系数；p₁(t)和p₂(t)为单粒子瞬态效应时间系数，通过设置不同参数a(t)、p₁(t)和p₂(t)，获得不同脉冲宽度和幅度、不同单粒子瞬态效应表现形式的模拟脉冲信号；

步骤2：根据对被测电路在物理层进行模拟获得的单粒子瞬态效应实际外部特性f_R(t)曲线，采取曲线拟合的方法确定单粒子瞬态效应双指数模型中各个参数值a(t)、p₁(t)和p₂(t)分别为A、P₁和P₂，代入公式1，得到单粒子瞬态效应的模拟脉冲信号形式f_BE(t)，公式为：

公式2

公式2用作被测电路单粒子瞬态效应物理层实际外部特性f_R(t)的模拟脉冲信号形式双指数模型；